As tecnologias emergentes e a Indústria 4.0

Industria-4-0

A Indústria 4.0 é um ecossistema fabril onde os dispositivos e processos são inteligentes, interconectados e tomam decisões autônomas descentralizadas. Os sistemas fazem uma cópia virtual do mundo físico – sistemas ciber-físicos – para a construção e monitoração dos produtos físicos, podendo tomar decisões próprias para garantir a entrega. A Indústria 4.0 é a convergência digital, física e biológica com base em tecnologias como: Big Data; Internet das Coisas (IoT); Computação em Nuvem; Inteligência Artificial; Robótica; Biotecnologia; Drones; Impressoras 3D; e, Blockchain.

Existem quatro princípios de design da Indústria 4.0:

  • Interoperabilidade – capacidade dos dispositivos, sensores e humanos se comunicarem usando a tecnologia de Internet das Coisas (IoT);
  • Transparência das informações – capacidade dos sistemas de informação criarem cópias virtuais do mundo físico e coletar dados do processo de fabricação e da cadeia de valor;
  • Assistência técnica – capacidade dos sistemas de proverem informações em situações que requeiram uma tomada de decisão de humanos;
  • Decisões descentralizadas – capacidade dos sistemas ciber-físicos de tomarem decisões próprias para execução de suas tarefas de forma autônoma e acionar os humanos em casos de conflitos.

A coleta sistemática de dados dos dispositivos e sensores internos e externos permite a previsão de eventos e execução de ações de contorno para garantir a continuidade dos serviços. Por exemplo, a previsão de falhas em equipamentos e a reprogramação da linha de produção excluindo o equipamento durante o período de manutenção. Uma vantagem deste processo é que, normalmente, as manutenções preventivas têm menos impacto em tempo e custo que as manutenções corretivas.

Conhecendo as características de desempenho de cada equipamento, seu tempo de setup (configuração) e MTBF (Meantime-between-failure) é possível criar algoritmos que calculem a forma mais eficiente o processo fabril, levando em consideração as questões de logística da cadeia de suprimentos. O rastreamento da matéria-prima é feito desde a origem até o seu descarte usando a tecnologia Blockchain.

As análises de dados na Indústria 4.0 utilizam algoritmos de aprendizagem de máquina (Machine Learning e Deep Learning), dentro do contexto de inteligência artificial, que permitem os sistemas aprenderem continuamente e tomarem decisões não-programadas anteriormente. Estas análises envolvem seis atributos, conhecidos como Sistema 6C:

  1. Conexão de dispositivos e sensores;
  2. Computação em nuvem com armazenamento de grandes volumes de dados;
  3. Ciber-físicos, criando cópias virtuais de modelos físicos;
  4. Conteúdo e Contexto com significado e correlação;
  5. Comunidade para compartilhamento e colaboração;
  6. Customização e valor agregado.

A Indústria 4.0 afeta muitas áreas e traz impactos significativos nos negócios e na sociedade. Por exemplo, a partir de informações de monitoração do corpo humano em tempo real é possível prever problemas de saúde, auxiliar os médicos e sistemas de inteligência artificial no diagnóstico antecipado de doenças e prescrever medicamentos, exclusivos, para cada paciente. A indústria farmacêutica se adaptará a este novo cenário criando fábricas inteligentes capazes de produzir medicamentos personalizados em uma linha de produção de alto desempenho, aproveitando melhor os recursos de matéria-prima e evitando o desperdício de remédios. Na calda longa da transformação da indústria da saúde, as farmácias deixaram de serem ponto de estoque de medicamentos e assumirão outras funções.

A quarta revolução obrigará as empresas a repensarem seus processos tendo que embarcar tecnologia digital em seus produtos físicos. Por exemplo, a parte eletrônica de um carro hoje custa 40% do seu valor. Em estágios mais avançados, as empresas deverão combinar dimensões digitais, físicas e biológicas.

Existem muitos desafios técnicos a serem superados na Indústria 4.0, como:

  • Segurança cibernética;
  • Confiabilidade e estabilidade na comunicação entre as máquinas, incluindo tempos de latência curtos e estáveis (a expectativa é que a tecnologia 5G resolva parte destes problemas);
  • Garantia de integridade dos processos de produção;
  • Como proteger o know-how industrial (algoritmos dos sistemas ciber-físicos e de inteligência artificial);
  • Como avaliar corretamente o retorno do investimento (ROI);
  • Ausência de regulamentação, normas e certificações.

Outro grande desafio é como se dará a transformação da mão de obra e como lidar com o desemprego funcional. A Indústria 4.0 desencadeará uma completa reformulação no mercado, pois muitas funções nas áreas de produção e serviços serão substituídas por robôs, inteligência artificial, digitalização, entre outras.

De acordo com a consultoria McKinsey, 1,2 bilhão de trabalhadores, 50% da força de trabalho mundial, podem ser trocados por robôs. No Brasil, a estimativa da consultoria é que 53,7 milhões de trabalhadores brasileiros podem ter suas funções substituídas por robôs: na indústria (10,9 milhões); no varejo (10,4 milhões); em cargos administrativos e governamentais (9,2 milhões); na agricultura, pesca e caça (7,9 milhões); no transporte e armazenamento (3 milhões); na construção (2,9 milhões); entre outros.

Na China e na Índia o impacto será ainda maior, com 395,3 milhões e 235,1 milhões de funções que podem ser substituídas por robôs, respectivamente. Isto levará ainda mais a competitividade dos produtos asiáticos no mundo, caso a indústria do ocidente não implemente, rapidamente, fábricas inteligentes para minimizar o uso de mão de obra intensiva e reduzir os custos de produção.

Devemos considerar que o mundo está caminhando para a economia compartilhada e consumo sustentável. Esta mudança de comportamento da sociedade fará que os consumidores busquem produtos mais duráveis, sustentáveis e, principalmente, que atendam a seu perfil de consumo. As fábricas deverão ser flexíveis o suficiente para produzir produtos personalizados com custos similares a de produção em grande escala. Isto será possível através da produção sob demanda em locais próximos ao consumo. Fato que provocará uma revisão dos benefícios da globalização.

Para regiões e países instalarem fábricas inteligentes será necessário mão de obra qualificada. Isto cria um desafio para o sistema educacional qualificar professores e oferecer cursos que capacitem os alunos para trabalharem nas fábricas inteligentes, projetando, desenvolvendo e operando tecnologias da Indústria 4.0.

O governo de Portugal antevendo os desafios da quarta revolução industrial lançou a iniciativa Portugal i4.0 para identificar as necessidades da indústria portuguesa e orientar medidas públicas e privadas para atingir três objetivos centrais:

  1. Acelerar a adoção das tecnologias e conceitos da Indústria 4.0 no setor empresarial português;
  2. Promover empresas de tecnologia portuguesas a nível internacional;
  3. Tornar Portugal um polo atrativo para o investimento no contexto Indústria 4.0.

A primeira ministra inglesa Theresa May apresentou os planos de tornar a Inglaterra um local ideal para empresas que desenvolvam sistemas de inteligência artificial, tornando o país um centro de excelência nesta área, gerando mais empregos, investimentos e oportunidades de novos negócios.

As evidencia comprovam que o mundo está se embarcando na quarta revolução industrial. Países que perderem este momento de transformação terão enormes dificuldades para manter a competitividade internacional.

Resumindo, não podemos perder tempo para a capacitação das pessoas e investir na construção de fábricas baseadas em tecnologias da Indústria 4.0.

Blockchain pode substituir com eficiência e segurança o Cadastro Positivo

Uma rede virtual de confiança baseada em blockchain pode substituir vários cadastros públicos com controle dos dados pessoais pelos usuários. Já está claro que manter dados sensíveis em bases de dados centralizadas é perigoso. Por melhores que seja os mecanismos de segurança cibernética, existe o risco de ataques sofisticados usando técnicas baseadas em inteligência artificial. Manter dados distribuídos é uma opção viável para assegurar a integridades dos dados e rápida recuperação em caso de ataques. O blockchain permite o armazenamento de dados distribuídos com segurança, através de um protocolo de confiança. Um exemplo é o Blockcity, um aplicativo móvel chinês desenvolvido com blockchain, criando uma rede de confiança virtual e um microcosmo para uma futura sociedade de crédito. Esta solução pode substituir com vantagens o Cadastro Positivo.

O governo e entidades financeiras e comerciais buscam soluções para controlar os dados pessoais dos cidadãos, com os argumentos de aumentar a eficiência dos serviços públicos, reduzir os juros de financiamentos e melhorar a experiência dos serviços comerciais.

Obviamente, os dados pessoais são utilizados para outras finalidades por estas organizações, como entender o comportamento das pessoas e das comunidades, permitindo o planejamento de ações de governo para servir os cidadãos (na melhor das hipóteses), ações marketing para aumentar as vendas, construção de algoritmos para reduzir riscos nos negócios e aumentar os ganhos financeiros.

Entretanto, por mais sérias que sejam as organizações, seus ambientes tecnológicos são vulneráveis a ações de hackers para se apropriarem dos dados pessoais de cidadãos. A sofisticação tecnológica e investimentos em cyberattacks é muito alto, chegando a ser controladas por governos. Isto torna quase impossível, usando modelos tradicionais de processamento de informações, garantir a integridade e a inviolabilidades dos dados.

O Blockchain é uma tecnologia que promete garantir a integridade dos dados através de um protocolo de confiança baseado em uma cadeia de blocos criptografada e quanto um bloco é atacado a rede, automaticamente, isola o bloco para garantir que o resto da cadeia não seja comprometida.

Melhor ainda, as bases de dados são distribuídas em diferentes e independentes provedores de serviços de processamento de dados, evitando que governos e empresas privadas tenham o controle absoluto dos dados dos cidadãos.

Dentro deste contexto, o tão polêmico Cadastro Positivo pode ser substituído por uma rede de confiança baseado em Blockchain sem ter entidades privadas controlando os dados de forma exclusiva e vendendo as informações quase sem concorrência de mercado. O ambiente seria aberto com aplicativos de diferentes empresas com acesso as bases de dados com a garantia que os dados disponíveis são confiáveis e controlados pelos cidadãos.

Um exemplo é o Blockcity, um aplicativo móvel pessoal desenvolvido na cadeia de confiança pública – GXChain. A visão do Blockcity é criar uma cidade virtual de blockchain e um microcosmo de uma futura sociedade de crédito.

Ao entrar no Blockcity, os usuários criam um G-ID, uma identidade digital universal. Isso requer que os usuários forneçam documentos de identificação emitidos pelo governo. Desta forma, o Blockcity está ligando a credibilidade online e offline, enquanto ao mesmo tempo mantém as informações de todos os usuários armazenadas com segurança.

As operações e os comportamentos dos usuários no Blockcity são monitorados pelo sistema para garantir a credibilidade de todo o ecossistema. Com isto o Blockcity se torna um ecossistema ideal para avaliação de risco para financiamentos.

O Blockcity tem um mecanismo interno de incentivo para motivar os usuários a autorizar dados pessoais em várias dimensões para enriquecer suas dimensões de dados, o que significa que os usuários podem realmente assumir o controle de seus dados pessoais. Além disso, o Blockcity garante nunca armazenar dados em cache para proteger a privacidade dos usuários. Com a autorização do usuário, esses dados podem ser usados em diferentes aplicativos.

No Brasil, usando a mesma infraestrutura de agentes certificadores que oferecem os certificados digitais do ICP-Brasil, nossa infraestrutura de chaves públicas e privadas, poderíamos migrar, rapidamente, para uma infraestrutura baseada em Blockchain. Oferecendo melhor segurança e controle dos dados dos cidadãos, incluindo custos baseados na concorrência de mercado.

Cloud Computing e IA para monitoração e controle de serviços de missão crítica

Subestação de energia

A computação em nuvem e inteligência artificial (IA) resolvem vários desafios corporativos com aumento de qualidade e redução de custos. Cloud Computing tem custos baseados em demanda e IA automatiza processos com eficiência e aprendizado constante. Reunir as duas tecnologias parece ser a melhor solução. Bom… acho que existem exceções como para serviços de missão crítica.

Em condições normais de temperatura e pressão (sempre gostei desta expressão!) usar Cloud Computing e IA é a melhor opção para os negócios, considerando que todos os componentes envolvidos (softwares, links de Internet, roteadores, switches, firewalls, sensores, etc.) funcionem dentro do esperado. Isto vale para as soluções de redundância com a duplicação de todos os componentes do sistema.

O uso de SD-WAN, Software Defined-Networking, aumenta a flexibilidade de configuração e ações de redundância da rede, aumentando a disponibilidade dos serviços.

O armazenamento em Cloud Computing resolve o problema de gravar, literalmente, todos os dados de sensores de monitoração usando Big Data permite o controle total do ambiente e ações preditivas eficientes, usando redes neurais artificiais e Machine Learning.

IA oferece muito mais opções de controle que os tradicionais sistemas de self-healing com programação baseada em árvores de decisão. Em sistemas complexos, aumenta a chance de erros ou conflitos de regras para as ações programadas.

As atualizações de softwares e firmwares dos componentes remotos são facilitadas usando Cloud Computing, garantindo a uniformização da rede e prevenção de problemas de segurança lógica.

Centralizando a monitoração e controle precisamos de um staff de especialistas menor, reduzindo custos com aumento de produtividade.

O lado negro da história é quando acontecem problemas. Um bug de software em uma atualização em massa (proposital ou não) pode parar todas as plantas remotas em uma tacada só.

Um erro de configuração das regras dos firewalls pode abrir a porta para hackers invadirem as plantas e assumirem o controle das operações. Imagine em uma subestação de energia, alterando apenas alguns parâmetros elétricos e de controle de temperatura poderiam forçar a abertura de um disjuntor. Poderia se levar horas para se descobrir o problema e comprometer, significativamente, o serviço de distribuição de energia da região, incluindo o tempo de deslocamento de uma equipe de técnicos até o local. O problema se agravaria na ocorrência simultânea em várias locais.

Poderíamos citar várias situações que poderiam comprometer as operações remotas.

Entretanto, a própria tecnologia pode nos salvar. O uso de sistemas locais de IA podem operar as plantas remotas com eficiência. Já fazem isto com carros autônomos e não há nenhuma razão para não farem em uma planta de um serviço de utilities (energia, água, gás, óleo ou telecomunicações) com eficiência, por exemplo.

Mantendo um sistema autônomo e apartado da Internet aumentamos os níveis de segurança local. Em caso de exceção, apenas uma planta seria afetada.

Sabemos que apesar do desejo de padronização plena das plantas remotas, sempre teremos algumas exceções. A IA pode aprender estas diferenças e pode atuar de forma diferente em cada planta. Não se assustem, o aprendizado de máquina pode ser supervisionado.

No final do dia, Cloud Computing e Inteligência Artificial são fantásticas para monitoração e controle de plantas remotas.